Nondestructive testing and antenna measurements using UWB radar in industrial applications

• Many industries are rapidly substituting the manual test operations and move towards automated operations using modern technologies.Modern technologies such as digital cameras, sonic sensors, infrared sensors, and radar and lidar systems are used for non-destructive testingoperations. Among all the different sensors, radar systems have theability to penetrate built structures (dielectric materials), which makes them flexible and suitable for a wide range of industrial and military applications in non-destructive sensing. Such examples are the detection of damages in goods manufacturing, monitoring the health of manystructures, object detection through the wall for security purposes, etc.In particular, ultra-wide-band (UWB) radar systems are beneficial inproviding high measurement accuracy and simultaneously reduced sensitivityto passive interference (such as rain, smoke, mist etc.), immunity to external radiation and noise.The objectives of this thesis are: I) to investigate electrically small concealed structures using synthetic aperture radar (SAR), II) to determinethe complex refractive index of objects using an UWB radar system,and III) to answer to the question how we can reduce the mutual coupling (cross talk) in an UWB radar system with collocated transmitand receive antennae. In objective I, the aim is non-destructive testing of built structures, such as in concrete slab manufacturing or for use in the renovation process. In addition electrically small periodic meshes,and their orientation, could not be distinguished in conventional SAR images. The proposed polarimetric analysis method demonstrates the usefulness of the singular value decomposition (SVD) using back projection algorithm (BPA) in extracting information about shape and for classifying an electrically small object. Further in this thesis for objective II, a new method for determining the complex refractive index (or equivalently the complex relative permittivity) of objects with planar interfaces is presented. The proposed method is relatively insensitive to hardware-impairments such as frequency-dependence of antennas and analog front end. The objects can be finite in size and at a finite distance. The limits in size and distance for the method to be valid are experimentally investigated. Hence, the method is designed for industrial in-line measurements onobjects on conveyor belts. Furthermore, in the following parts of this thesis −objective III− we investigate and show how a microwave metamaterial based absorber can be used to improve the performance of aradar system for short range applications, when positioned between the transmit and receive antennas. As results, the error in estimated target distance is reduced and clutter reduction is improved.

• Många branscher ersätter snabbt de manuella testoperationerna och går mot automatiserad drift med modern teknik. Modern teknik såsom digitalkameror, soniska sensorer, infraröda sensorer och radar och lidarsystem används för i icke-förstörande tester. Bland alla olika sensorerhar radarsystem förmågan att tränga igenom byggda strukturer (dielektriskmaterial), vilket gör dem flexibla och lämpliga för ett brettspektrum av industriella och militära applikationer vid icke-förstörande avkänning. Sådana exempel är upptäckt av skador vid tillverkning av varor, övervakning av hälsa hos många strukturer, detektering av objekt genom väggen av säkerhetsskäl etc. Speciellt är radarsystem med ultrabredband (UWB) fördelaktiga då de ger hög mätnoggrannhet och samtidigt minskad känslighet mot passiva störningar (såsom regn, rök,dimma etc.), och immunitet mot yttre strålning och buller. Syftet med denna avhandling är : I) att undersöka elektriskt små dolda struktur med syntetisk bländaradar (SAR), II) att bestämma komplex brytningsindex för objekt som använder UWB radarsystem, ochIII) att svar på frågan hur vi kan minska den ömsesidiga kopplingen(överhörning) i ett UWB radarsystem med sändar- och mottagarantenner nära varandra. I mål I, är målet icke-förstörande provning avbyggda struktures såsom vid tillverkning av betongplattor eller vid renovering. I tillägg kunde inte elektriskt små strukturer och deras inre struktur urskiljas i konventionella SAR-bilder. Den föreslagna polarimetriskaanalysmetoden visar på hur användbar singulärvärdesuppdelning(SVD) med bakåtprojektion (BPA) är för att få information om och för att klassificera elektriskt små objekt.Vidare i denna avhandling visas för mål II en ny metod för att bestämma komplexa brytningsindex (eller motsvarande komplexa relativa permittiviteten) hos objekt med plana ytor. Den föreslagna metoden är relativt okänslig för svagheter hos hårdvaran, såsom frekvensberoende hos antennener och analog front-end. Objekten kan vara av ändlig storlek och på ändligt avstånd. Begränsningarna i storlek och avstånd för metoden att vara giltig undersöktes experimentellt. Sålunda är metoden utformad för industriella mätningar på föremål på transportband. I de följande delarna av avhandlingen - mål III - undersöker och visar vi dessutom hur en absorbator för mikrovågor, baserad på metamaterial, kan användas för att förbättra prestanda hos ett radarsystem för korta avstånd, när absorbatorn placeras mellan sändar- och mottagantenner. Resultatet blir att felet i det bestämda avståndet till målet minskar och undertryckning av klotter ökar.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Elektroteknik och elektronik -- Signalbehandling (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Electrical Engineering, Electronic Engineering, Information Engineering -- Signal Processing (hsv//eng)

Nyckelord

Electrical Engineering

Elektro- och systemteknik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

lic (ämneskategori)